NL8104625A

NL8104625A - Werkwijze voor het exploiteren van een kolenlaag of bruinkoollaag voor ondergrondse vergassing.

Info

Publication number: NL8104625A
Application number: NL8104625A
Authority: NL
Original assignee: Ledent Pierre
Priority date: 1980-10-13
Filing date: 1981-10-12
Publication date: 1982-05-03
Also published as: BE885681A; FR2491993A1; DE3140027A1; DE3140027C2; GB2086930B; GB2086930A; FR2491993B1

Description

-1- 22167/Vk/mb

Korte aanduiding: Werkwijze voor het exploiteren van een kolenlaag of bruinkoollaag voor ondergrondse vergassing.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het 5 exploiteren van een kolenlaag of een bruinkoollaag door ondergrondse vergassing waarbij de aanleg van de winplaats wordt bewerkstelligd door uit te gaan van een netwerk van onbewerkte galerijen, doorboord volgens conventionele mijnbouwtechnieken, onder het niveau dat moet worden ontgonnen. Er zijn diverse methoden voorgesteld voor het exploiteren van een gashoudende ondergrondse kolenlaag of bruinkoollaag. Deze mogelijkheden kunnen in drie hoofdgroepen worden verdeeld te weten: a) .“mijnbouwkundige méthoden waarbij de ondergrondse gasbe-reiding wordt bewerkstelligd door middel van schachten en galerijen die worden doorboord volgens conventionele mijnbouwtechnieken; hiertoe kan 15 men bijvoorbeeld een methode toepassen zoals bewerkstelligd in Marokko nabij Djerada, b) boormethoden waarbij wordt uitgegaan van het oppervlak welke werkwijzen zijn ontwikkeld in Rusland nabij Angren en nabij Yuzhno-Abinsk, 20 c) gemengde methoden die voorbereidende werkzaamheden om vatten die worden uitgevoerd volgens mijnbouwtechnieken en boringen die worden verricht door uit te gaan vanaf het oppervlak; een dergelijke methode wordt bijvoorbeeld toegepast in Engeland nabij Newman Spinney.

een van deze tot nu toe ontwikkelde methoden is geschikt 25 voor het exploiteren van diepe kolenlagen.

De methode die wordt uitgevoerd door boringen te verrichten door uit te gaan van het oppervlak hebben het nadeel dat deze hoge kosten met zich brengt door de boringen tot een grote diepte en de rentabiliteit kan slechts worden verzekerd door een ruime zone te kunnen exploiteren 30 berekend op elke boring.

De mijnbouwkündige methoden en de gemengde methoden hebben het probleem met betrekking tot de veiligheid van het personeel dat betrokken is bij het aanleggen van de winplaatsen. Met name de doorboring op een grote diepte maakt een sterke drukverhoging mogelijk bij het ver-- 35 gassen en gebruik van een hoge vergassingsdruk is een van de belangrijke factoren met het oog op een rendementsberekening, de ontwikkelde kracht en op de kostprijs om het geproduceerde gas te winnen. Men moet daarbij echter voorkomen dat het onder druk zijnde gas dat een belangrijke hoeveel- 8104825

** I

A

-2- 22167/Vk/mb heid koolmonoxyde bevat kan binnendringen in de galerijen die toegankelijk zijn voor het personeel.

De werkwijze volgens de uitvinding heeft als doelstelling om deze nadelen te overwinnen en maakt een zekere exploitatie en econo-5 mische exploitatie mogelijk van diepe kolenlagen door een gemengde methode waarbij een klein aantal boringen wordt uitgevoerd door uit te gaan vanaf het oppervlak welke dienen om het gasprodukt af te voeren welke boringen aanwezig zijn in een klein aantalv&nplaatsen van een grote uitgestrektheid.

Het aanleggen van deze winplaatsen wordt bewerkstelligd door 10 uit te gaan van een netwerk van galerijen die nog onbewerkt zij.n, doorboord volgens conventionele mijnbouwtechnieken, onder het niveau van de lagen die moeten worden geëxploiteerd en hiervan gescheiden, hierdoor gekenmerkt dat het beschermende gedeelte dat wordt gehandhaafd tussen de onbewerkte galerijen en de lagen die moeten worden geëxploiteerd een minimale dikte 15 heeft van 40-50 meter en dat tijdens de vergassing de enkele verbindingen tussen dé galerijen en de lagen tijdens de exploitatie bestaan uit een aantal boorgaten met een kleinere diamer, geboord voordat de winplaats wordt vergast en bekleed met buizen die in het gesteente door eementatie zijn bevestigd.

20 De werkwijze volgens de uitvinding kan worden toegepast onder gebruikmaking van twee varianten.

Volgens een eerste variant wordt het tracé van de winplaatsen voor de vergassing bepaald in de vorm van galerijen of onbewerkte boringen, bewerkstelligd volgens conventionele mijnbouwtechniek, door 25 uit te gaan van een binnenste schacht die geboord is door het beschermende gedeelte dat de kolenlaag scheidt van de onbewerkte galerijen die zijn doorboord onder de lagen die worden geëxploiteerd. Alvorens de winplaats wordt onderworpen aan oxydatie wordt deze inwendige schacht afgesloten door massieve beton met een hoge sterkte die de functie heeft van een plaat-30 vormige kuip en waarboven men een bepaald volume water injecteert op enkele meters hoogte dat dient om een hydraulische bescherming te geven tussen -de plaats van gasontwikkeling en de onbewerkte galerijen.

Volgens een tweede variant wordt de afbakening van de winplaatsen voor de vergassing samengesteld door een opeenvolging van 35 geulen in de kolenlagen bewerkstelligd door de retroverbrandingsteehniek waarbij de de verbranding onderhoudende stof wordt geïnjecteerd door de boringen met een kleine diameter, die door het beschermende gedeelte zijn geboord welk gedeelte de kolenlagen van de galerijen die nog niet doorboord zijn en hieronder gelegen,scheidt van de lagen die worden geëxploi- 8104825 -3- 22167/Vk/mb * r fceerd.

De werkwijze volgens de uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van enkele voorbeelden en schema’s die zijn weergegeven in de tekening, welke niet als beperkend moeten worden opgevat, waarbij: 5 fig. 1 een vertikale doorsnede voorstelt door een kolenlaag, fig. 2 een doorsnede voorstelt voor een winplaats door vergassing volgens vlak X-Y, fig. 3 en 4 geven twee varianten weer voor fig. 2.

De kolenlaag die is weergegeven in fig. 1 bestaat uit twee 10 lagen 1 en 2 die men wil exploiteren volgens het hieronder vermelde schema.

Het mijnveld wordt doorsneden door twee schachten aangegeven als 3 en 4 die worden respectievelijk gebruikt om lucht toe te voeren en « af te voeren. Een galerij in de steengang 5 is geboord onder het niveau 15 van de te exploiteren lagen en een boring 6 is bewerkstelligd door uit te gaan vanaf het oppervlak tot deze uitmondt in deze galerij om hiermee een terugvoer van de lucht te verzekeren onafhankelijk van de hoofdschachten van de mijn.

Een eerste variant op de aanleg van de vergassings-20 plaats bewerkstelligd in de kolenlaag 1, omvat de doorboring van een inwendige schacht 7 en de afbakening van een weg of boring op plaats 8 die zich kan uitstrekken over de lengte van enkele honderden meters volgens een richting loodrecht op het doorsnijdingsvlak. Deze verbinding in de kolenlaag wordt bewerkstelligd om gas te kunnen afzuigen tussen het 25 vergassingsfront en de onderkant van de boring 9 welke is geboord door uit te gaan vanaf het oppervlak en dient om gas af te voeren tijdens de exploitatie van de winplaats.

De gecomprimeerde lucht en de vergassingsmiddelen die dienen om te worden toegevoerd aan de ondergrondse vergasser worden verder geleid 30 via een netwerk van leidingen aangebracht in de lengte van de schachten 3 en 4 en over de lengte van de galerij door steengang 5 tot een plaats 10 loodrecht doorboord ten opzichte van het doorsnijdingsvlak.

De gasvormende middelen worden geïnjecteerd in kolenlaag 1 via een aantal vertikale boringen zoals 11 doorboord uitgaande van plaats 10 35 en bekleed met metallische buizen die door cementatie zijn verankerd in het gesteente. De aanleg van de winplaats kan eventueel worden aangevuld met de doorboring van enkele schuine doorboringen zoals 12 en 13 die worden toegepast om de eerste verbindingen te bewerkstelligen met de 8104625 % -4- 22167/Vk/mb kolenlaag volgens de techniek van de retroverbranding.

Voordat men de winplaats gaat onderwerpen aan een oxydatie wordt een afbakening van beton met een grote dikte 14 aangebracht in de inwendige schacht 7, zodat de winplaats voor de vergassing volledig is 5 afgescheiden van de galerij 5. Om elk risico van het doordringen van gas te vermijden wordt een hoeveelheid water van enkele meters hoogte.geïnjecteerd boven deze afbakening om te dienen als hydraulische afzetting tussen de vergasser en de toegang van de galerij. In de fig. 2-4 is een doorsnede weergegeven van de winplaats voor de vergassing, waarbij het 10 vlak X-Y is gelegen aan de bovenkant van de laag 1.

In de weergegeven schets van fig. 2 is de winplaats van de vergassing begrensd en wel bij het lagere gedeelte door een kolenlaag 8, doorboord volgens de conventionele mijnbouwtechniek en de beginplaats van het vergassingsfront wordt bepaald door de verbinding 15 die kan worden 15 bewerkstelligd in de vorm van een doorboring van de kolenlaag of in de vorm van een geboorde montage door uit te gaan van de basisweg 8.

In de schets die is weergegeven in fig. 3 is de vergassings-winplaats begrensd aan het onderste gedeelte door een boring over grote lengte, geboord in de dikte van de kolenlaag en de beginpositie van het 20 vergassingsfront wordt bepaald door de bewerkstelliging van geulen waarin de retroverbranding wordt uitgevoerd tussen het uiterste punt van deze boring.waar men de verbrandingsbewerking bewerkstelligt en het uiteinde van de schuine boringen 13, 12 en 11a, waardoor men gecomprimeerde lucht kan toevoeren onder hoge druk.

25 Volgens een tweede variant die is weergegeven in fig. 4 wordt de aanleg van de winplaats bewerkstelligd zonder dat men zijn toevlucht · moet nemen tot het boren van een van de inwendige schacht zoals 7. De vergassingswinplaats wordt begrensd aan het onderste gedeelte door een opeenvolging van geulen in de kolenlaag 8 bestemd om door afzuiging het 30 gas af te voeren tussen het front van de vergassingsplaats en de onderzijde van de boring 9 die is geboord door uit te gaan vanaf het oppervlak.

Deze geulen worden gerealiseerd door de retroverbrandings-techniek door het doen vlam vatten van de onderkant van de schacht 9 en door lucht te injecteren onder hoge druk respectievelijk door de door-35 boringen 17a, 17b, 17c en 17d, die zijn geboord van beneden naar boven door uit te gaan van galerij 10 of door uit te gaan van een andere galerij die op vergelijkbare wijze is geboord op het niveau van de galerij 5 in de steenlaag.

8104525 •v -5- 22167/Vk/mb

Dezelfde techniek van de retroverbranding wordt toegepast tussen de boringen 17d, 13, 12 en 11a om gleuven te bewerkstelligen die de vertreklijn zullen samenstellen vanaf het vergassingsfront.

In deze verschillende varianten is de winplaats aan de 5 bovenkant beperkt door een lijn van doorboringen zoals 11a, 11b, 11c, 11d en 11e, welke doorboringen zijn gemaakt door uit te gaan van de basis van galerij 10.

In een eerste fase van de exploitatie worden de vergassings-middelen geïnjecteerd via boring 11a, waarbij het doen vlam vatten aan 10 het uiteinde van de boring wordt bewerkstelligd en de gassen die vrijkomen bij het vergassen en die zich vormen over de frontlengte, bepaald door de verbinding 15, of door de retroverbrandingskanalen die zijn bewerkstelligd tussen de uiteinden'van de boringen 11a, 12 en 13 en het uiteinde van de basis van de boring 8 worden afgezogen via de boring 8 tot de onderkant 15 van de boring 9 die dient als afvoer van de winplaats.

De voortzetting van de verbranding brengt een progressieve verplaatsing met zich mee van het vergassingsfront en deze verplaatsing kan worden geregeld binnen bepaalde grenzen voor het geleidelijk verplaatsen van de injectie van de gasvormende middelen van de boring 11a 20 naar boring 11b. De exploitatie van de bovenkant zet zich voort volgens de winmethode onder toepassing van achtereenvolgens de boringen 11b, 11c, 11d en 11e als Injectieboringen voor gasvormende middelen. Na voltooiing van de exploitatie van laag 1 zullen dezelfde onderdelen worden toegepast voor de exploitatie van laag 2. De boringen 11a, 11b, 11c, lid en 11e 25 kunnen opnieuw worden toegepast voor de exploitatie van deze tweede laag door middel van de injectie van een cementprop in.het deel van de boring dat zich bevindt tussen de twee lagen en door middel van het doorsnijden van de bekleding op de plaats waar de boringen laag 2 doorsnijden.

Hierbij kan worden onderstreept dat bij het procédé volgens 30 de uitvinding de uitgestrektheid van het mijnveld dat wordt geëxploiteerd door uit te gaan van een enkele boring, bewerkstelligd door uit te gaan vanaf het oppervlak, 5-10 hectaren kan bedragen. Dit resulteert in bijkomende kosten van de boringen op de prijs voor het winnen van het gasvormige produkt, welke bijkomende kosten nagenoeg verwaarloosbaar zijn.

35 Deze beperking van het aantal boringen is eveneens van invloed om de hoeveelheid grond voor de exploitatie te minimaliseren op het opper-vlakteniveau en dit voordeel kan met name van belang worden in gebieden met een hoge bevolkingsdichtheid, evenals in die gevallen waarbij de 8104625 s, -6- 22167/Vk/mb exploitatie van de kolenlagen zich uitstrekt onder de zee.

De economische voordelen die kunnen worden bewerkstelligd door de toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding kunnen worden aange.toond door een snelle evaluatie. Op basis van de beschikbare gege-5 vens in de literatuur kan men aannemen dat bij een conventionele mijnexploitatie de prijs voor het winnen van de kolen voor 1/3 bestaat uit de kosten voor de voorbereidende werkzaamheden en voor 2/3 voor kosten samenhangende met het exploiteren van de kolenlagen, ondergronds transport en de winning.

10 Onder de exploitatieomstandigheden in West-Europa zijn de kosten die samenhangen met de conversie van kolen tot synthesegas zodanig dat dit een extra verhoging van de kosten met zich brengt van ongeveer 50% van de kosten met betrekking tot het winnen van de kolen. Het energetisch rendement van de conversie is in de orde van grootte van 2/3, waar-15 bij de terugwinprijs van een eenheid energie die is verkregen in de vorm van gas kan worden uitgedrukt als functie van de terugwinprijs van een eenheid energie in de vorm van kolen door de vergelijking: wtx 0+ 0’5) w = 2’s w,.

Bij het ondergronds vergassen volgens de uitvinding kunnen · 20 de kosten samenhangende met het werk dat wordt uitgevoerd door mijnwerkers worden verminderd tot de kosten samenhangende met de voorbereidende werkzaamheden en de kosten voor het bewerken van het oppervlak, welke kunnen worden verminderd tot de helft voor het onder verhoogde druk brengen van de gasgenerator en voor het sorteren met behulp van wassers. Wanneer men 25 met het energetisch rendement aangeeft van de vergassingsbewerking volgt hieruit:

Wf *<°-33*°’25> Pkolen.

Indien het energetisch rendement van het ondergronds vergassen ongeveer 50¾ is zal de prijs van synthesegas de helft minder kunnen J zijn dan de prijs die wordt bewerkstelligd door de klassieke mijnexploitatie gevolgd door het vergassen van de gewonnen, kolen. Indien het energetisch rendement 60¾ kan worden zal de prijs per energetische eenheid voor synthesegas lager kunnen worden dan de prijs van een energetische eenheid kolen die zijn gewonnen volgens de conventionele methoden.

Verder moet nog worden opgemerkt dat de werkwijze volgens de uitvinding slechts zeer weinig risico's inhoudt voor het bedienend personeel die ondergrondse werkzaamheden verrichten. De voorbereidende werkzaamheden in de mijnvelden worden uitgevoerd voordat de ondergrondse ver- 8 1 0 4 S 2 5 -7-. 22167/Vk/mb > gassing door verbranding plaatsheeft en verschillen niet ten opzichte van de klassieke voorbereidende werkzaamheden.

Wanneer de gangen op een voldoende diepte zijn bewerkstelligd onder de lagen die moeten worden geëxploiteerd, voorkomt men dat deze worden 5 beïnvloed door de bewegingen die worden bewerkstelligd door de uitzetting van de samenstellende gesteenten bij het voortschrijden van de exploitatie en door deze gangen een diagonale ventilatie te geven met retour-lucht direct via het oppervlak, voorkomt men dat bij een ongeluk een stroom giftig gas kan terugstromen via de schacht die bezet is met 10 personeel.

-CONCLUSIES- 8104625

Claims

1. Werkwijze voor het exploiteren van een kolenlaag of bruinkoollaag door ondergrondse vergassing waarbij de aanleg van de 5 winplaats wordt bewerkstelligd door uit te gaan van een netwerk van onbewerkte galerijen, doorboord volgens conventionele mijnbouwtechnieken onder het niveau dat moet worden ontgonnen, met het kenmerk, dat het beschermende gedeelte dat wordt gehandhaafd tussen de onbewerkte galerijen en de lagen die worden geëxploiteerd, een minimale dikte heeft van 40-50 m en dat 10 tijdens de vergassing de enkele verbindingen tussen de galerijen en de lagen tijdens de exploitatie bestaan uit een aantal boorgaten met een kleine diameter, geboord voordat de winplaats wordt vergast en bekleed met buizen die in het gesteende door cementatie zijn bevestigd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de afbakening van 15 de winplaats wordt bewerkstelligd in de vorm van galerijen of boringen in de kolenlaag, welke doorboringen worden bewerkstelligd door conventionele mijnbouwtechniek, door uit- te gaan van een inwendige schacht geboord door het beschermend gedeelte dat de kolenlaag van de galerij op de onbewerkte doorboorde plaats scheidt van de te ontginnen lagen, met het 20 kenmerk, dat voordat de winplaats in brand wordt gestoken de inwendige schacht wordt afgescheiden door een massief stuk beton van een grote dikte, die de rol speelt van een plaatvormige kuip waarboven men een . bepaalde hoeveelheid water brengt van enkele meters hoogte.

3- Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de 25 afbakening van de winplaats voor de vergassing is samengesteld door eeh aaneensluiting van kanalen in de kolenlaag, bewerkstelligd door de retro-. verbrandingstechniek, waarbij het middel dat de verbranding bewerkstelligt, wordt geïnjecteerd door de boorgaten die zijn aangebracht door het beschermende gedeelte dat de kolenlaag van de galerijen scheidt in door-30 boorde onbewerkte lagen onder de te bewerken lagen.

4.'Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het samenstelsel van galerijen op de doorboorde onbewerkte plaats onder de te bewerken lagen wordt geventileerd door een verse luchtstroom die wordt bewerkstelligd via de toevoerschachten voor lucht in de mijn en door de 35 afzuiging van deze lucht in de zone nabij de winplaats voor de vergassing die wordt verzekerd door één of meerdere boringen dié in directe verbinding staan met het samenstelsel van galerijen aan het oppervlak. S 1 Ö 4 6 2

5 Eindhoven, oktober 1981